天線原理-第一章-緒論課件

第一章緒論第一章緒論天線概念一二天線的發(fā)展簡史三天線的類型四天線的應(yīng)用天線概念一二天線的發(fā)展簡史三天線的類型四天線的應(yīng)用什么是天線？把從導(dǎo)線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間…...收集無線電波并產(chǎn)生電

磁信號什么是天線？§1.1天線概念天線是無線系統(tǒng)的重要部件,它是現(xiàn)代信息社會的電子眼,順風(fēng)耳。天線定義——用來輻射或接收電磁波的裝置；一種導(dǎo)行波與自由空間波的轉(zhuǎn)換器件或換能器。天線的作用在于輻射和接收無線電波，然而能輻射或接收電磁波的東西不一定都能用作天線，因為效率可能很低。要有效地輻射或接收電磁波，天線在結(jié)構(gòu)和形式上應(yīng)滿足一定的要求?！?.1天線概念§1.2天線簡史1、1887,赫茲(HeinrichRudolfHertz,1857-1894)1831年法拉第(MichaelFaraday,1791-1867)發(fā)現(xiàn)1873年麥克斯韋(JamesClerkMaxwell,1831-1879)完成的電磁理論，由德國的赫茲首次在實(shí)驗室證實(shí)。赫茲的實(shí)驗采用終端加載的半波偶極子作為發(fā)射天線，半波諧振方形環(huán)作為接收天線。感應(yīng)線圈的作用是在偶極子的間隙處產(chǎn)生火花，從而使幾米遠(yuǎn)處的環(huán)天線的間隙處產(chǎn)生火花。這是世界上第一次的無線電波連接，偶極子和環(huán)是世界上的第一個天線系統(tǒng)。赫茲的實(shí)驗不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理論，更為無線電、電視和雷達(dá)的發(fā)展找到了途徑。赫茲§1.2天線簡史赫茲的實(shí)驗采用終端加載的半波2、1901,馬可尼(Guglielmomarconi,1874-1937,1909年諾貝爾物理學(xué)獎)1901年馬可尼成功實(shí)現(xiàn)橫穿大西洋(英國-加拿大)的無線電通信。位于英國Poldhu的發(fā)射天線由約50根斜拉導(dǎo)線組成,用懸于60米高的木塔間的鋼索支撐。位于加拿大Newfoundland的接收天線是200米長的導(dǎo)線,由風(fēng)箏牽引。2、1901,馬可尼(Guglielmomarconi,1

馬可尼，享有“無線電之父”的美譽(yù)。在發(fā)明后，由于“共和國號”和“泰坦尼克號”海難事件，其發(fā)明表現(xiàn)在海事上的價值使馬可尼被奉若神明。因為在無線電問世前，船舶在海上是完全孤立的，即使是岸上或臨近船舶上的人也無法給予提醒。馬可尼的方錐天線馬可尼，享有“無線電之父”的美譽(yù)。在發(fā)明后，3、雷達(dá)的發(fā)展

隨著二戰(zhàn)期間雷達(dá)的出現(xiàn),無線電頻譜才得到了更為充分的利用。戰(zhàn)時的雷達(dá)催生了大批現(xiàn)代天線如巨大的反射面天線、相控陣?yán)走_(dá)、透鏡天線及波導(dǎo)縫隙天線陣。波導(dǎo)縫隙天線陣反射面天線3、雷達(dá)的發(fā)展波導(dǎo)縫隙天線陣反射面天線4.移動通信GSM900/1800：824-960MHz/1710-1880

PCS通信系統(tǒng)的頻段：1850MHz~1990MHzUMTS:1710-2170MHz三大運(yùn)營商制式（3G）：電信：CDMA2000(FDD)825-835MHz,870-880MHz聯(lián)通：WCDMA(FDD)1920-2170MHz移動：TD-SCDMA(TDD)1880-1920MHz,2010-2025MHzLTE(移動4G)中國移動分別為1880

-1920

MHz、2320-2370

MHz、2575-2635

MHz；中國聯(lián)通獲得分別為2300-2320

MHz、2555-2575

MHz；中國電信獲得分別為2370-2390

MHz、2635-2655

MHz

移動基站天線4.移動通信移動基站天線

移動通信天線類型全向天線定向天線微帶貼片半波振子縮短套筒振子常規(guī)套筒振子移動通信天線類型全向天線定向天線微帶貼片半波振子縮短套筒振數(shù)值方法計算方法:矩量法(MothodofMomentMoM、有限差分法(FiniteDifferenceMethod,FDM)、有限元法(FiniteelementMethod,FEM)、幾何繞射理論(GeometricalTheoryofDiffraction,GTD)和物理繞射理論(PhysicalTheoryofDiffraction,PTD)等的引入大大推進(jìn)了天線技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了天線分析和設(shè)計技術(shù)的逐漸成熟?，F(xiàn)在天線的設(shè)計不再是修修補(bǔ)補(bǔ)(cutandtry)的方法,已經(jīng)跨入了一個整體系統(tǒng)級的設(shè)計階段(各種計算軟件CST、HFSS、FEKO等)。數(shù)值方法計算方法:§1.3天線類型

為了滿足不同的用途和要求，出現(xiàn)了種類繁多，形式多樣，性能各異的天線。天線按波段、外形、工作原理、使用范圍等分成不同種類。用途：發(fā)射天線，接收天線，收發(fā)共用。范圍：通信，雷達(dá)，導(dǎo)航，測向，廣播，電視特性：方向——定向，全向；波束——針形波束，扇形波束；極化——線，圓，橢圓極化；頻帶——寬帶，窄帶；電流分布——行波，駐波。形狀：菱形，魚骨形，環(huán)形，螺旋形，喇叭，反射面等§1.3天線類型水平面H面垂直面E面立體圖方向圖象一個“汽車輪胎”后向功率前向功率水平面垂直面立體圖方向圖象一個“汽車輪胎”后向功率前向功率1、線天線(WireAntennas)偶極子(Dipole)、單極子(Monopole)、環(huán)(Ring)和螺旋(Helix)天線等。

1、線天線(WireAntennas)2、口徑天線(ApertureAntennas)矩形波導(dǎo)(RectangularWaveguide)、角錐喇叭(PyramidalHorn)、圓錐喇叭(ConicalHorn)等2、口徑天線(ApertureAntennas)3、微帶天線(MicrostripAntennas)矩形貼片(RectangularPatch)、圓形貼片(CircularPatch)、縫隙微帶天線(SlotCoupledPatch)3、微帶天線(MicrostripAntennas)4、陣列天線(ArrayAntennas)八木－宇田陣列(Yagi-UdaArray)、口徑陣列(ApertureArray)、微帶貼片陣列(MicrostripPatchArray)和波導(dǎo)縫隙陣列(Slotted-WaveguideArray)4、陣列天線(ArrayAntennas)5、反射面天線(ReflectorAntennas)前饋拋物面(ParabolicReflectorwithFrontFeed)、卡賽格倫拋物面(CassegrainParabolicReflector)、角反射器天線(CornerReflector)5、反射面天線(ReflectorAntennas)6、透鏡天線(LensAntennas)凸透鏡(Convex-Plane)、雙凸透鏡(Convex-Convex)、凹透鏡(Concave-Plane)、雙凹透鏡(Concave-Concave)。還可以分為Rotman透鏡天線、龍伯透鏡天線和介質(zhì)透鏡天線。6、透鏡天線(LensAntennas)波段長波中波短波超短波微波常用名低頻LF中頻MF高頻HF甚高頻VHF超高頻UHF特高頻SHF超極高頻EHF波長千米百米十米米分米厘米毫米亞毫米頻率30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz300-3000MHz3-30GHz30-300GHz300-3000GHz用途導(dǎo)航信標(biāo)AM廣播短波廣播(BBC)FM，TVTV，LAN，蜂窩，GPS雷達(dá)，GSO衛(wèi)星，數(shù)據(jù)通信雷達(dá)，汽車，數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星§1.4電磁波段波段：應(yīng)用于不同波段的天線可按波段起名，如表1。波段長波中波短波超短波微波常用名低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高波段頻率波長波段頻率波長L1-2GHz30X8-12GHz3.75S2-4GHz15Ku12-18GHz2.5C4-8GHz7.5K18-27MHz1.67通信衛(wèi)星：上行3.75-4.2下行5.925-6.425Ka27-40GHz1.11-0.75表2常用微波波段天線發(fā)展趨勢：高增益、小型化、寬頻帶、多頻段、高頻率和集成化等方向。波段頻率波長波段頻率波長L1-2GHz30X8-12GH§1.4天線應(yīng)用

機(jī)載天線（預(yù)警機(jī)）§1.4天線應(yīng)用機(jī)載天線（預(yù)警機(jī)）艦載天線（052C驅(qū)逐艦）艦載天線（052C驅(qū)逐艦）車載天線（坦克）車載鞭天線車載天線（坦克）車載鞭天線車載一維相掃波導(dǎo)裂縫天線陣車載一維相掃波導(dǎo)裂縫天線陣中國紅旗9相控陣?yán)走_(dá)制導(dǎo)車（防控導(dǎo)彈）中國紅旗9相控陣?yán)走_(dá)制導(dǎo)車（防控導(dǎo)彈）航母天線航母天線艦載相控陣天線艦載相控陣天線預(yù)警機(jī)2000預(yù)警機(jī)2000澳大利亞購買的預(yù)警機(jī)澳大利亞購買的預(yù)警機(jī)波導(dǎo)裂縫天線(蘑菇、盤子、鼓包、背鰭、平衡木)X波段相控陣?yán)走_(dá)“X波段雷達(dá)”被視為全世界最先進(jìn)的軍用雷達(dá)，可以預(yù)先探知導(dǎo)彈的發(fā)射，并追蹤導(dǎo)彈的軌跡，誘導(dǎo)反導(dǎo)系統(tǒng)摧毀敵方導(dǎo)彈波導(dǎo)裂縫天線F-22（共形天線）F-22（共形天線）直19-武裝偵察直升機(jī)直19-武裝偵察直升機(jī)武直十武直十美國無人偵察機(jī)美國無人偵察機(jī)星載拋物面天線星載圓環(huán)天線陣星載拋物面天線星載圓環(huán)天線陣空空導(dǎo)彈地空導(dǎo)彈空空導(dǎo)彈地空導(dǎo)彈多饋源衛(wèi)星電視接收天線多饋源衛(wèi)星電視接收天線電視接收天線（八木天線）電視接收天線（八木天線）車載GPS天線（圓極化微帶天線）車載GPS天線（圓極化微帶天線）點(diǎn)對點(diǎn)微波接力天線點(diǎn)對點(diǎn)微波接力天線普通基站天線普通基站天線8防雷保護(hù)器主饋線（7/8“）5饋線卡6走線架4接地裝置3接頭密封件絕緣密